二連盆地那仁地區(qū)鈾成礦地質(zhì)條件分析及找礦預(yù)測

呂永華，苗愛生，王 果，李曙光，高崢嶸

(核工業(yè)二○八大隊(duì), 內(nèi)蒙古 包頭 014010)

0 引 言

為滿足我國新階段核電發(fā)展和國防建設(shè)對(duì)鈾資源的需求，加速鈾礦地質(zhì)找礦工作，落實(shí)新的鈾資源勘查基地，是我國鈾礦地質(zhì)所面臨的十分緊迫的戰(zhàn)略任務(wù)[1]，而砂巖型鈾礦作為主要的鈾礦產(chǎn)出類型之一，具有資源儲(chǔ)量大、開采成本低和綠色環(huán)保等優(yōu)勢[2]，因此，地浸砂巖型鈾礦目前已成為世界鈾礦找礦領(lǐng)域的主攻類型之一，也是我國鈾礦地質(zhì)科技工作的重點(diǎn)。研究區(qū)位于二連盆地馬尼特坳陷內(nèi)，通過前期區(qū)域評(píng)價(jià)工作，已發(fā)現(xiàn)了7個(gè)工業(yè)礦孔及多個(gè)礦化、異常孔，充分顯示了該區(qū)具有較好的找礦前景。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

二連盆地位于西伯利亞板塊與中朝板塊相互作用和相互交切的縫合線上，是在興-蒙海西期多旋回、軟碰撞褶皺基底上，于中生代發(fā)展起來的斷-坳型裂谷盆地群，總體呈一個(gè)向東變寬的喇叭形[3-6]。

二連盆地由“五坳一隆”6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元組成，其中馬尼特坳陷屬于二連盆地一個(gè)大型坳陷(圖1)，夾持于蘇尼特隆起與巴音寶力格隆起之間[7]，呈北東向展布，東西長約300 km， 南北寬20～80 km[8]，總面積約1.4×104km2。坳陷內(nèi)部可進(jìn)一步劃分為9個(gè)凹陷和3個(gè)凸起，研究區(qū)則位于塔北凹陷內(nèi)，基底形態(tài)多為單斷箕狀，基底埋深1 000～3 000 m。沉積蓋層自下而上主要包括：下侏羅統(tǒng)阿拉坦合力群含煤碎屑巖建造、下白堊統(tǒng)阿爾善組灰色、深灰色主要烴源巖建造、騰格爾組雜色次要烴源巖建造、賽漢組含煤碎屑巖建造(賽漢組下段)與河流碎屑巖建造(賽漢組上段)、上白堊統(tǒng)二連組雜色細(xì)碎屑巖建造、始新統(tǒng)伊爾丁曼哈組雜色碎屑巖建造、上新統(tǒng)寶格達(dá)烏拉組紅色碎屑巖建造和第四系風(fēng)積、沖積與洪積層[9-11]。研究區(qū)找礦目的層為下白堊統(tǒng)賽漢組上段一亞段。

2 分析方法

2.1 粒度分析方法

粒度分析主要采用篩析法，選取研究區(qū)31個(gè)鉆孔，在不同沉積旋回中采集粒度樣品90個(gè)，樣品質(zhì)量100～200 g，在震篩機(jī)上篩約10 min，然后分級(jí)稱重，各級(jí)質(zhì)量的總和應(yīng)是100%，若不足或大于此數(shù)，應(yīng)將誤差按比例分配到各級(jí)質(zhì)量中去，得到Φ值、質(zhì)量、質(zhì)量百分?jǐn)?shù)、累計(jì)百分?jǐn)?shù)等參數(shù)，繪制概率累積曲線圖、頻率曲線圖和沉積C-M圖等。

2.2 巖石地球化學(xué)環(huán)境指標(biāo)分析方法

為了保證樣品的有效性，在施工現(xiàn)場通過肉眼識(shí)別和γ輻射儀測量，在非礦石不同地球化學(xué)類型砂巖中采集環(huán)境指標(biāo)樣651組，樣品質(zhì)量大于500 g，采樣時(shí)去除約5 mm厚的表皮層，露出新鮮巖石，用真空密封袋包裹，防止樣品失水和被氧化，及時(shí)送核工業(yè)二○八大隊(duì)分析測試中心進(jìn)行分析測試，其中，分析氧化亞鐵(FeO)、三氧化二鐵 (Fe2O3)采用硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法；分析全硫(S全)采用高頻燃燒-紅外吸收光譜法；分析低硫(S2-)采用硫的物相分析；分析有機(jī)碳(C有)采用灼燒-非水滴定法；分析ΔEh采用電位法；分析鈾(U)采用放射性能譜分析方法；分析釷(Th)采用分光光度法。所用的儀器主要有分光光度計(jì)(型號(hào)VIS-723N)、高純鍺能譜儀(型號(hào)GMX50P4-83)、高頻紅外碳硫分析儀(HCS-140)、酸度計(jì)(PHS-3C)等。根據(jù)測試結(jié)果，計(jì)算不同地球化學(xué)類型巖石各項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)和方差，剔除方差大于0.07、變異系數(shù)大于15%的數(shù)據(jù)，對(duì)剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究。

3 鈾成礦地質(zhì)條件分析

3.1 鈾源條件

研究區(qū)周邊蝕源區(qū)主要分布著大面積晚侏羅世流紋質(zhì)凝灰?guī)r、中石炭世流紋質(zhì)凝灰?guī)r、華力西期花崗巖類和燕山期花崗巖類，鈾含量較高[12]，原始鈾含量與鈾克拉克值之比為2.9～13.8(表1)，現(xiàn)測Th/U為3.3～12.9，鈾的活化丟失80%～93%，平均活化丟失約87%，為后期鈾成礦提供了充足的鈾源，其中那仁地區(qū)北部晚侏羅世流紋質(zhì)凝灰?guī)r的原始鈾量為48.4×10-6，活化丟失93%，為最佳鈾源[13]。

3.2 構(gòu)造條件

據(jù)沉積建造、淺層地震解譯、磷灰石裂變徑跡年齡和構(gòu)造變動(dòng)等資料研究，發(fā)現(xiàn)二連盆地存在伸展—反轉(zhuǎn)—再伸展—再反轉(zhuǎn)的復(fù)雜脈動(dòng)式演化特征[14-15]，其中，晚白堊世由于太平洋板塊運(yùn)動(dòng)方向由NNW向轉(zhuǎn)變?yōu)镹WW向[16]，同時(shí)與歐亞板塊陸殼碰撞，在這種疊加應(yīng)力場作用下，研究區(qū)發(fā)育一條壓性、壓扭性的高角度逆沖斷層(圖2)，形成了深部還原流體垂向匯流通道[17]，為后期鈾成礦提供了還原條件，同時(shí)也有利于鈾同沉積吸附[18]，但也阻礙了來自北部的氧化流體向逆沖斷層以南滲入；新生代盆地整體處于抬升萎縮期，據(jù)磷灰石裂變徑跡顯示：坳陷中央抬升幅度(1 200 m)小于坳陷邊緣抬升幅度(2 000 m)[19]，形成大范圍的構(gòu)造斜坡帶，有利于氧化帶的發(fā)育和鈾的富集。

3.3 地層條件

目的層下白堊統(tǒng)賽漢組上段與上覆地層伊爾丁曼哈組角度不整合接觸，與下伏地層賽漢組下段整合接觸[20]。頂板埋深5～152 m，底板埋深81～492 m，沉積厚度18～410 m，受古地形地貌、沉積后構(gòu)造活動(dòng)的影響，其底板埋深和厚度變化較大，但地層傾角較緩，一般2°～5°，總體由坳陷南北邊緣向坳陷中央傾斜，有利于含氧含鈾流體的滲入與還原介質(zhì)的充分反應(yīng)。按照層序地層學(xué)原理，賽漢組上段可進(jìn)一步劃分為3個(gè)亞段(圖3)，即自下而上為一亞段、二亞段和三亞段，其中，二亞段、三亞段幾乎全部被氧化或以原生紅層為主，基本不具備成礦條件；而一亞段為主要賦礦層，巖性為灰色、深灰色、黃色砂質(zhì)礫巖或含礫中-粗砂巖，局部夾泥巖薄層。底板為賽漢組下段厚大灰色泥巖，頂板為一、二亞段之間穩(wěn)定的灰色、褐紅色泥巖，具備有利的泥-砂-泥結(jié)構(gòu)，保障了鈾礦的穩(wěn)定形成和存儲(chǔ)。

表1 研究區(qū)周邊巖石鈾含量計(jì)算結(jié)果

3.4 沉積相條件

賽漢組上段一亞段沉積時(shí)，研究區(qū)處于穩(wěn)定的坳陷期。通過對(duì)粒度參數(shù)分析，概率累積曲線可分為高斜一段式、無滾動(dòng)二段式、高懸浮三段式和多段式(圖4a)，但主要以二段式、三段式為主，說明不同區(qū)段搬運(yùn)介質(zhì)的性質(zhì)、水動(dòng)力強(qiáng)弱和沉積坡度存在一定差異[21]；粗端截點(diǎn)為一般1～2Φ，細(xì)端截點(diǎn)為3Φ左右，跳躍組分20%～60%，反映了沉積時(shí)水流能量偏低、地形坡度較緩；斜率普遍較高，碎屑顆粒在搬運(yùn)過程中進(jìn)行了分異，分選性中等—差。頻率曲線主要呈單峰(圖4b)，平坦—尖銳，峰度多為正偏態(tài)，個(gè)別呈對(duì)稱偏態(tài)，結(jié)合鉆孔巖心觀測和巖礦薄片分析結(jié)果，顯示沉積物總體偏粗(圖3)，普遍含有礫石，砂質(zhì)礫巖、含礫中-粗砂巖占比78.16%；部分頻率曲線呈馬鞍雙峰狀，推測在沉積過程中有側(cè)向粗組分加入，使粒度范圍加寬，非均質(zhì)程度變強(qiáng)；碎屑顆粒磨圓度基本為棱角狀—次棱角狀；砂巖中巖屑含量21%，長石含量16%，石英含量51%，填隙物含量12%，反映了沉積物具有多物源、近物源的特征。在C-M圖上，樣品主要落在1區(qū)QR(遞變懸浮沉積)、PQ(以懸浮搬運(yùn)為主)區(qū)間內(nèi)(圖4c)，其次在OP(以滾動(dòng)搬運(yùn)為主)、NO(基本上由滾動(dòng)顆粒組成)區(qū)間內(nèi)，為牽引流沉積，但也有部分樣品落在2區(qū)右上部，為濁流沉積[22]。電阻率和自然電位曲線中表現(xiàn)為鋸齒形、箱形或齒化箱形和漏斗形(圖3)，具有辮狀河道、三角洲沉積特點(diǎn)[23-25]。綜上分析，總體反映了賽漢組上段一亞段在研究區(qū)內(nèi)具有辮狀河三角洲沉積的特征(圖5)。

在研究區(qū)中西部，沿長軸方向主要接受了辮狀河三角洲平原辮狀河道沉積，砂體厚度60～120 m，含砂率53%～90%，富含炭化植物碎屑，發(fā)育褐鐵礦化、高嶺土化后生蝕變，砂體成層性、連通性、滲透性好，為地浸砂巖型鈾礦提供了理想的富集空間。

3.5 氧化-還原條件

研究區(qū)目的層氧化帶的空間分布具有一定分帶性，總體由北向南依次為完全氧化帶、過渡帶(這里是指在垂向上氧化與還原疊置、混合共存)和還原帶(圖6)。

3.5.1 氧化條件

經(jīng)取樣分析結(jié)果(表2)可知，氧化巖石中Fe2O3含量為1.41%～1.98%，F(xiàn)eO含量為0.64%～0.88%，F(xiàn)e3+/Fe2+值為1.98～2.03，S2-含量為0.14%～0.25%，S全含量為0.07%～0.15%，C有含量為0.14%～0.15%，ΔEh值為18.59～24.92 mV，巖石顏色表現(xiàn)為黃色、灰白色。Th/U為8.3～49.1，說明U在氧化環(huán)境中相對(duì)虧損，存在再遷移與富集。氧化帶類型包括地表氧化帶、潛水氧化帶和潛水-層間氧化帶(圖7)，其中潛水-層間氧化帶是本區(qū)內(nèi)最重要的氧化帶類型，由來自北部的含氧含鈾水承壓力的活動(dòng)所形成，具有完整的“補(bǔ)-徑-排”系統(tǒng)，受泥巖隔擋層的影響，氧化帶呈多層展布，最大氧化深度可達(dá)400 m，鈾礦化主要分布在過渡帶內(nèi)。過渡帶長約35 km，寬度5.1～9.2 km，具備很大的鈾成礦空間。

3.5.2 還原條件

賽漢組上段一亞段原始沉積了一套灰色、深灰色陸源粗碎屑巖建造，屬于還原環(huán)境[26-27]。還原介質(zhì)主要來源于兩個(gè)方面：一是在一亞段沉積過程中，大量植物被掩埋，形成炭屑，或者對(duì)早期賽漢組下段含煤層系進(jìn)行剝蝕、搬運(yùn)，富含煤屑；二是晚白堊世末—古新世的構(gòu)造作用，深部還原流體沿?cái)嗔?、不整合面、主砂體或裂隙向上逸散，形成還原障[28]。相對(duì)氧化環(huán)境，巖石地球化學(xué)指標(biāo)S2-、S全、C有、FeO含量明顯增高，F(xiàn)e3+/Fe2+值減小，ΔEh值變大(表2)。當(dāng)下滲含鈾氧化地表水與富含有機(jī)質(zhì)、還原流體混合時(shí)，于氧化-還原過渡帶內(nèi)礦質(zhì)富集，形成鈾礦體[29]。

3.6 古氣候條件

盆地沉積物主要由碎屑礦物組成，碎屑礦物是蝕源區(qū)母巖遭受風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)而來的產(chǎn)物，它們含量的變化能直接反映古氣候?qū)r石風(fēng)化作用的影響，因而對(duì)古氣候變化十分敏感，記錄了古氣候的演化過程。通過前人對(duì)與那仁地區(qū)相鄰的2081鈾礦床系統(tǒng)研究[30-31]，顯示早白堊世晚期—古近紀(jì)先后經(jīng)歷了溫暖潮濕—干冷—溫暖半濕潤—干熱的演化系列(圖8)。賽漢組下段沉積時(shí)，石英/長石比值為1.12～4.17，平均2.24；碳酸鹽礦物含量為0.14%～1.56%，平均0.37%；有機(jī)質(zhì)含量為0.05%～0.79%，平均0.33%；w(CaO)/w(MgO)為0.82～4.64，平均2.59；反映了溫暖潮濕古氣候特征。賽漢組上段早期沉積時(shí)，石英/長石比值明顯減小，平均1.85；碳酸鹽礦物平均含量0.53%，有所增加；有機(jī)質(zhì)平均含量0.18%，明顯下降；w(CaO)/w(MgO)平均為1.72；該階段溫度、濕度均明顯降低，氣候逐漸趨向于干冷。賽漢組上段晚期沉積時(shí)，石英/長石平均值為2.13，明顯變大；碳酸鹽礦物含量降低，平均0.38%；有機(jī)質(zhì)含量有所增加，平均0.21%；w(CaO)/w(MgO)平均值2.18；結(jié)合曲線形態(tài)，反映該期溫度、濕度有高—低—高的變化特征，屬于溫暖半濕潤古氣候。伊爾丁曼哈組沉積時(shí)，石英 /長石值無明顯變化，但變化頻率明顯減小，在1.83～3.14之間，反映該階段化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度仍然較強(qiáng)；碳酸鹽礦物含量明顯增加，平均值0.55%；有機(jī)質(zhì)含量明顯下降，平均值0.11%；w(CaO)/w(MgO)平均值3.01，溫度明顯升高；這些特征反映該階段氣候變得更加干旱、炎熱，因此該階段氣候以干旱炎熱為主。

表2 研究區(qū)非礦石巖石地球化學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

鈾成礦與氣候的轉(zhuǎn)變在時(shí)間、空間上高度吻合，鈾成礦年齡集中在66～37 Ma[32]，相當(dāng)于古近紀(jì)古新世—始新世，位于溫暖半濕潤—干熱氣候轉(zhuǎn)變時(shí)期，這樣的氣候環(huán)境有利于鈾源區(qū)巖石的風(fēng)化[33]，鈾被活化，隨含氧地下水遷移、富集。由于研究區(qū)緊鄰2081鈾礦床，所以具有相同的古氣候變化規(guī)律(圖8)，賽漢組沉積早期溫暖潮濕的古氣候?yàn)殁櫝傻V提供了豐富的還原劑，古近紀(jì)干熱氣候?yàn)殁櫝傻V提供了有利的鈾遷移、富集條件。

4 鈾礦化特征

通過前期區(qū)域評(píng)價(jià)工作，在研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了7個(gè)工業(yè)礦孔。4個(gè)工業(yè)礦孔位于辮狀河三角洲平原亞相辮狀河道內(nèi)(圖5)，礦體埋深347～399 m；厚度1.8～2.9 m，平均2.43 m；品位0.019 5%～0.041 0%，平均0.031 1%；平米鈾量1.19～2.20 kg/m2，平均1.53 kg/m2；含礦巖性主要為灰色含礫粗砂巖、中砂巖，垂向上產(chǎn)于潛水-層間氧化帶下部(圖7)。另外3個(gè)工業(yè)礦孔位于靠近辮狀河三角洲前緣亞相的部位，礦體埋深198.52～274.6 m；厚度1.9～3.78 m，平均厚度為2.69 m；品位0.020 4%～0.030 1%，平均0.026 3%；平米鈾量1.01～2.19 kg/m2，平均1.45 kg/m2；含礦巖性主要為灰色細(xì)砂巖，富含有機(jī)質(zhì)。

5 遠(yuǎn)景預(yù)測

鈾礦遠(yuǎn)景預(yù)測總則[34]主要包括：①蝕源區(qū)鈾源豐富，且鈾活化遷出率高；②存在構(gòu)造斜坡帶；③具備穩(wěn)定的泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)，砂體厚度大，連通性好；④發(fā)育強(qiáng)烈的潛水-層間氧化作用；⑤地層中富含炭屑等還原劑，或者存在構(gòu)造導(dǎo)通，下部還原流體上逸。

根據(jù)遠(yuǎn)景預(yù)測總則，結(jié)合上述鈾成礦地質(zhì)條件分析，在研究區(qū)西部預(yù)測Ⅰ級(jí)遠(yuǎn)景區(qū)1片(圖9)，面積約81 km2，找礦目的層為賽漢組上段一亞段。遠(yuǎn)景區(qū)北鄰燕山期富鈾花崗巖，鈾活化遷移率92%，為鈾成礦提供了充足鈾源。地層總體向南傾斜，具備有利的水力梯度。目的層砂體厚度80～120 m，含砂率67%～90%，頂部夾5～20 m泥巖，底部緊貼賽漢組下段大段灰色泥巖，具備穩(wěn)定的泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)。由北西向南東發(fā)育強(qiáng)烈的潛水-層間氧化作用，氧化率40%～90%。地層中不僅含大量炭屑等還原介質(zhì)，而且南部為晚白堊世形成的高角度逆斷層，深部還原流體上逸，形成有利于鈾成礦的還原障。目前已在遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了工業(yè)礦孔，充分顯示了該區(qū)具有較好的找礦前景，有望落實(shí)為新的鈾礦床。

6 結(jié) 論

(1)研究區(qū)中生代、新生代沉積蓋層發(fā)育齊全，依據(jù)層序地層學(xué)原理，下白堊統(tǒng)賽漢組上段可進(jìn)一步劃分為3個(gè)亞段，自下而上依次為一亞段、二亞段和三亞段，其中，在一亞段砂體中見到了較好的工業(yè)礦孔及大量鈾礦化信息，結(jié)合鈾成礦地質(zhì)條件，確定為該區(qū)的主要找礦目的層。

(2)那仁地區(qū)鈾源充足，鈾的活化丟失量大。晚白堊世形成的高角度逆斷層為深部還原流體上升提供了通道，古近紀(jì)以來的差異性升降形成了氧化帶發(fā)育的最佳斜坡帶。賽漢組上段一亞段發(fā)育厚大的辮狀河砂體、具有穩(wěn)定的泥-砂-泥結(jié)構(gòu)和良好的氧化-還原作用；同時(shí)具備有利于鈾成礦的溫暖潮濕—干熱的古氣候轉(zhuǎn)變條件，是鈾礦富集的理想地區(qū)。

(3)通過綜合分析與研究，在那仁地區(qū)預(yù)測Ⅰ級(jí)鈾成礦遠(yuǎn)景區(qū)1片，該遠(yuǎn)景區(qū)不僅具有最好的鈾成礦地質(zhì)條件，而且是那仁地區(qū)鈾礦化信息密集區(qū)，但目前工作程度低，礦體規(guī)模沒有得到有效控制。筆者建議通過進(jìn)一步勘查，力爭落實(shí)為新的可地浸砂巖型鈾礦床。